[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 n
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 BT5~MYBl  
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任务说明 lJ4/bL2I/  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 )VxC v
  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 \Q,5Ne'o  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： ]=]`Mnuxb  
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其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 hB]<li)"C
 
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 28xLaob  
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因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 Y2y = P  
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光栅结构参数 |DoD.?v  
研究了一种矩形光栅结构。 *3!ixDX[r  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 3#c0p790  
根据上述参数选择以下光栅参数： DYL\=ya1  
光栅周期：250 nm xo(3<1mD  
填充因子：0.5 K>`*JJ,  
光栅高度：200 nm TZ@S?r>^  
材料n_1：熔融石英（来自目录） DUu~s,A  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 'xc=N  
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Y\7/`ty  
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偏振态分析 -VRKQNT  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 u69s}yZ  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 !5h@uar  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 '9q:gFO  
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模拟光栅的偏振态 7 `& NB]  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： /2e,,)4g  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 5X"WgR;  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 wZ =*ejo  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Wc-8j2M  
H?<ceK'e  
Passilly等人更深入的光栅案例。 @jevY81)  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 (dVrGa54  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 2 VGGSLr  
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PFnq:G^L  
光栅结构参数 Q.Ljz Z  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 i(@<KH  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 -6u#:pVpU  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 a2N4Jg@  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 {Lm%zdk*k  
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$1$T2'C~+  
光栅#1——参数 HfgK0wIi  
假设侧壁倾斜为线性。 ]/{987  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 B 8ycr~  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 #UpxF?A(  
光栅周期：250 nm @)YQiE$  
光栅高度：660 nm U\Hd?&`9gz  
填充因子：0.75（底部） @0>3))  
侧壁角度：±6° .4NQ2k1io  
n_1：1.46 ]XH}G9X^  
n_2：2.08 ?~5J!|r#  
8>|@O<2\  
$ (gR^L  
S3k>34_%9  
光栅#1——结果 .{|AHW&0<  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 #`0iN+qh
  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 K{&b "Ba1  
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S0ct;CS  
光栅#2——参数 c[Mz#BWG  
假设光栅为矩形。 CKTD27})  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 dIo|i,-  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 j{nkus2  
光栅周期：250 nm B`4[@$  
光栅高度：490 nm qKL_1 ~  
填充因子：0.5 [\ JZpF  
n_1：1.46 a`w)awb  
n_2：2.08 ^j2:fJOU#  
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光栅#2——结果 S)"5X)mq  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 qvOBvUR}  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 r,6~?hG]  
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